Xenorhabdus와 Photorhabdus 속은 각각 곤충병원성 선충인 Steinernema와 Heterorhabditis에 공생하는 공생세 균이다. 감염성 선충의 유충은 공생세균을 표적 곤충의 혈강에 전달하고, 여기서 세균이 증식하여 숙주 선충의 발달을 돕는다. 이러한 선충과 세균 복합체의 성공적 공생관계는 세균의 이차대사산물을 통한 숙주의 면역억제 에 달려져 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 서로 다른 살충력을 보이는 6종의 Xenorhabdus를 확보하고 이러한 차이가 세균의 성장속도와 NRPS (Non ribosomal peptide synthease)에 의해 생성되는 세균의 이차대사산물 발현에 서 기원한다는 것을 확인하였다. 서로 다른 균주들은 콩명나방 (Tenebrio molitor)에 대한 살충력에 차이를 가지고 있었다. 이러한 세균들은 TSB 배지에서는 세균 성장 속도에 차이가 존재하지 않았지만 콩명나방 혈강 내에서는 세균의 성장 속도에 차이가 존재하는 것으로 나타났다. 또한 각 세균의 이차대사산물 추출물을 통한 곤충의 면역 억제 실험 결과 PLA2 활성 억제, 세포독성 능력들이 살충력과 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이러한 이차대 사산물의 경우 많은 물질이NRPS (Non ribosomal peptide synthease)에 의해 생성되므로 각 세균 별 NRPS의 유전자 발현을 보았을 때 흥미롭게도 살충력이 더 높은 스트레인의 세균이 일부 NRPS 유전자의 발현이 더 높은 것으로 나타났다. NRPS에 의해 합성되는 물질을 포함한 세균의 이차대사산물의 차이를 서로 비교하기 위하여 이차대사 산물 추출액을 GC-MS/MS를 이용하여 분석하였다. 본 연구를 통해 곤충병원세균에 살충력의 기원이 NRPS를 통해 합성되는 이차대사산물에 있다는 것을 확인하였으며 이를 이용한 다양한 NRPS 유래 물질 연구는 신규 살충 물질 개발에 들어가는 비용과 시간을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

곤충병원선충인 Steinernema longicaudum에 공생하는 Xenorhabdus ehlersii KSY 세균은 나방류에 대한 높은 병원력을 발휘한다. 본 연구에서 이 세균의 병원력이 아이코사노이드 생합성을 억제하여 기주 곤충의 면역 저하를 유발한다는 것을 확인하였다. 그러나 이 세균의 병원력은 혈강 주입에 의해 야기된다. 섭식을 통해 이 세균을 혈강으로 전달하기 위해 곤충의 중장벽을 파괴하여 병원력을 발휘하는 Bacillus thuringiensis (Bt)와 혼합하여 처리하였다. 배추좀나방(Plutella xylostella) 유충에 대해서 X. ehlersii 세균 배양액의 혼합 처리는 Bt 살충력을 현격하게 증가시켰다. 이러한 살충효과는 또 다른 나비목 해충인 콩명나방에 대해서도 확인되었다. 제형화를 위해 X. ehlersii 세균 배양액을 동결건조하여 Bt 수 화제와 혼합하였다. 이를 기반으로 간이 포장실험을 수행하였다. Bt 단독으로 처리한 결과 약 80%의 방제 효과를 보인 반면 X. ehlersii 혼합제는 95% 이상의 방제효과를 나타냈다. 본 연구는 곤충병원세균 X. ehlersii가 새로운 해충 방제제로 개발될 가능성을 제시하고 있다.

 ,  , The entomopathogenic bacterium, Xenorhabdus sp., was isolated from an entomopathogenic nematode, Steinernema monticolum. When these bacteria were injected into the hemocoel of the diamondback moth, Plutella xylostella, they caused significant mortality. However, the bacterium was not pathogenic when it was administered orally. This study showed that Xenorhabdus sp. significantly enhanced oral pathogenicity of Bacillus thuringiensis (Bt) against the last instar larvae of P. xylostella. Different ratios of culture broth of Xenorhabdus sp. and Bt showed significantly different pathogenicities against P. xylostella. In field tests, the optimal bacterial mixture significantly enhanced control efficacy against P.xylostella compared to Bt treatment alone. These results demonstrated that Xenorhabdus sp. culture broth can be developed as a potent biopesticide by enhancing the insecticidal efficacy of Bt.

Bacillus thuringiensis (Bt) is a bacterial biopesticide against insect pests, mainly lepidopterans. Spodoptera exigua and Plutella xylostella exhibit significant decreases in Bt susceptibility in late larval instars. To enhance Bt pathogenicity, we used a mixture treatment of Bt and other bacterial metabolites which possessed significant immunosuppressive activities. Mixtures of Bt with culture broths of Xenorhabdus nematophila (Xn) or Photorhabdus temperata ssp. temperata (Ptt) significantly enhanced the Bt pathogenicity against late larval instars. Different ratios of Bt to bacterial culture broth had significant pathogenicities against last instar P. xylostella and S. exigua. Five compounds identified from the bacterial culture broth also enhanced Bt pathogenicity. After determining the optimal ratios, the mixture was applied to cabbage infested by late ins tar P. xylostella or S. exigua in greenhouse conditions. A mixture of Bt and Xn culture broth killed 100% of both insect pests when it was sprayed twice, while Bt alone killed less than 80% or 60% of P. xylostella and S. exigua, respectively. Other Bt mixtures, including Ptt culture broth or bacterial metabolites, also significantly increased pathogenicity in the semi-field assays. These results demonstrated that the Bt mixtures collectively names 'Bt-Plus' can be developed into potent biopesticides to increase the efficacy of Bt.

An entomopathogenic bacterium, Photorhabdus temperata ssp. temperata (Ptt), suppresses insect immune responses and facilitates its symbiotic nematode development in target insects. The immunosuppressive activity of Ptt enhances pathogenicity of various microbial pesticides including Bacillus thuringiensis (Bt). This study was performed to select a cheap and efficient bacterial culture medium for large scale culturing of the bacteria. Relatively cheap industrial bacterial culture media (MY and M2) were compared to two research media, Luria-Bertani (LB) and tryptic soy broth (TSB). In all tested media, a constant initial population of Ptt multiplied and reached a stationary phase at 48 h. However, more bacterial colony densities were detected in LB and TSB at the stationary phase compared to two industrial media. All bacterial culture broth gave significant synergism to Bt pathogenicity against third instars of the diamondback moth, Plutella xylostella. Production of bacterial metabolites extracted by either hexane or ethyl acetate did not show any significant difference in total mass among four culture media. Reverse phase HPLC separated the four bacterial metabolites, which were not much different in quantities among four bacterial culture broths. This study suggests that two industrial bacterial culture media can be used to economically culture Ptt in a large scale.

A bacterial colony was isolated from the gut of the bean bug, Riptortus clavatus. From morphological and biochemical tests, the bacterial isolate showed the highest similarity to Staphylococcus succinus. DNA sequence of 16S rRNA gene of the bacterium supported the identification. Oral administration of penicillin G to adults of R. clavatus gave a dose-dependent mortality of adults of R. clavatus to adults along with significant decrease of the bacterial population in the gut. Similarly, three metabolites (benzylideneacetone, proline-tyrosine, and acetylated phenylalanine-glycine-valine) derived from an entomopathogenic bacterium, Xenorhabdus nematophila, also inhibited growth of the gut bacterial population and gave significant mortalities to R. clavatus. These results suggest that a gut bacterial population classified as Staphylococcus sp. is required for survival of R. clavatus and that the three bacterial metabolites had toxic effects on the bugs due to their antibacterial properties.

Two entomopathogenic bacteria, Xenorhabdus nematophila and Photorhabdus temperata subsp. temperata, are known to be potent against the diamondback moth, Plutella xylostella, when the bacteria are injected into the hemocoel. This study investigated any pathogenic effect of their culture broth on P. xylostella by oral administration. Only culture broth of both bacterial species did not give enough pathogenic effects by the oral administration. However, when the culture broth was orally treated together with Bacillus thuringiensis (Bt), both cell-free culture broth significantly enhanced Bt pathogenicity against the 3rd instar larvae of P. xylostella. The culture broth was then fractionated into hexane, ethyl acetate, and aqueous extracts. Most synergistic effect on Bt pathogenicity was found in ethyl acetate extracts of both bacterial species. Thin layer chromatography of these extracts clearly showed that ethyl acetate extracts of both bacterial culture broths possessed metabolites that were different to those of hexane and aqueous extracts. These results suggest that the both entomopathogenic bacteria produce and secrete different factors to give significant synergistic effect on Bt pathogenicity.

For biological control of larva of Cnaphalocrocis medinalis and Naranga aenescens do considerable damage to crops by folding and scraping the leaf tissue of rice, a large number of Bacillus thuringiensis isolates have been obtained from soil samples in Korea and the pesticidal activity was assayed against two insect pest species described above. Among 53 Bt isolates tested in bioassay, 18 and 13 isolates showed over 90% mortality against C. medinalis and N. aenescens, respectively. Some isolates (11 isolates including CAB141) presented dual activity against C. medinalis and N. aenescens. These isolates showed over 96% control effect in pest control in laboratory against larvae of C. medinalis. Also, it was investigated that pupation, pupal length, and adult emergence of larvae exposed to Bt suspension decreased. Especially, the pupal length of C. medinalis after being fed corn seedling leaves treated Bt suspension for 10 days, were much smaller than that of control.

국내 토양에서 분리된 Bacillus thuringiensis 중에서 나비목 해충에 대해 살충활성 가능성을 가지며 이중피라미드형 내독소 단백질을 가진 균주들을 대상으로 실내에서 살충효과를 검정한 결과, 실험에 이용한 Bt 54균주 중, 7개 균주가 벼혹명나방, 벼애나방 두 종 해충 모두에 90% 이상의 살충율을 보였다. 높은 살충율을 보인 균주들을 대상으로 실내에서 방제실험을 실시하여 무처리구와의 피해정도를 비교한 결과, 균주에 따라 차이를 보이지만 피해엽률에 있어 50%이상의 차이를 보이며, 살충효과를 확인할 수 있었다. 반면, 살충활성은 거의 나타나지 않았지만, 처리한 식물체에서 섭식저해 현상을 보이는 유충을 계속적으로 사육하면서 용화율, 우화율 및 번데기 길이를 조사함으로, Bt가 대상 해충의 생물학적, 생태학적 특성에 미치는 영향을 조사한 결과, 살충율의 차이에 따라 균주별 차이가 존재했으나, 처리 후 조사기간 동안 생존한 개체라 할지라도 용화, 우화율이 정상개체에 비해 30~40%이상 낮게 나타났다. 또한 번데기 길이에서도 정상개체와 처리 후 생존개체가 차이를 보였다. 따라서 직접적인 살충효과가 낮게 나타난 균주라 하더라도, 용화율, 우화율에 영향을 미쳐 다음세대의 개체군 크기를 감소시킬 수 있는 부수적인 해충방제능력을 기대해 볼 수 있을 것으로 본다.

벼에 발생하여 엽육을 전체적으로 식해해서 피해를 주는 혹명나방(Cnaphalocrosis medinalis)과 벼애나방(Naranga aenescens)의 곤충병원성미생물을 이용한 친환경적 방제를 위해, 국내토양에서 분리된 Bacillus thuringiensis 중에서 나비목 해충에 대해 살충활성 가능성을 가지며 이중피라미드형 내독소 단백질을 가진 균주들을 대상으로 생물검정을 수행하였다. 실험에 이용한 Bt 30균주 중, 약 14개 균주가 혹명나방에 50% 이상의 살충율을 나타내었고, 7개 균주가 벼애나방에 살충활성을 보였는데, 두 종 모두에 80% 이상의 살충율을 보이는 균주도 3균주나 확인되었다. 이들 균주는 두 종 해충 뿐만 아니라 배추좀나방, 담배거세미나방에도 높은 살충활성을 보인 것으로 나타나 생물농약으로서의 활용가능성을 보여 주었다. 반면, 이중피라미드형 내독소단백질을 가지고 있으나 두 종 모두에 살충활성이 전혀 나타나지 않은 균주도 확인되었다. 또한 살충활성은 거의 나타나지 않았지만, 처리한 식물체에 섭식저해 현상을 보이는 유충을 계속적으로 사육하면서 용화율, 우화율 및 번데기 길이를 조사함으로, Bt가 대상 해충의 생물학적, 생태학적 특성에 미치는 영향을 조사한 결과, 처리 후 조사기간 동안 생존한 개체라 할지라도 용화, 우화율이 정상개체에 비해 30~40%이상 낮게 나타났다. 특히나 혹명나방의 경우, 번데기 길이에서도 정상개체와 처리 후 생존개체가 차이를 보이며 섭식에 저해를 받은 것을 확인할 수 있었다.

Bacillus thuringiensis strains were isolated from the domestic soil and a strain was selected that had a new host range and high toxicity against agriculture insect pest. The 142 samples of soil were sampled from the mountains, paddy fields and patches, in Daejon, Chungnam, Chungbuk and Jeonbuk and used for the investigation. Sixteen B. t strains were isolated from 12 samples among collected samples. There were 11 strains that showed toxical activity on Plutella xylostella (Lepidoptera: Yponomeutidae), 7 strains on Spodoptera litura (Lepidoptera: Noctuidae), 5 strains on Arcte coerulea (Lepidoptera: Noctuidae), 5 strains on Culex pipiens pallens (Diptera: Culicidae) among the 16 isolated B. t strains. But there were not any strains that showed activity against Hyphanria cunea (Lepidoptera: Arctiidae) and Sitophilus oryzae (Coleoptera: Rhynchophoridae). And also some of B. thuringiensis strains showed insecticidal activity with 2, 3 or 4 kinds of insects. But there were also 3 strains that did not show any activities to the 6 insects which were used in the experiment. When examined with a phase-contrast microscope, the insecticidal crystal protein produced from 16 selected strains had 13 bipyramidal and 3 spherical shapes. The insecticidal bioactivity of the S. litura showed 100% mortality when there were 1.3×10⁷ (cfu/㎖) of CAB109 isolates.

곤충병원성선충 {Heterorhabditis sp. KCTC 0991BP (He)와 Steinernema carpocapsae KCTC 0981BP (Sc)}에 의한 치사충과 선충의 공생세균(He공생세균=Photorhabditis sp.와 Sc공생세균= Xenorhabdus nematophila)에 의한 치사충에 대한 개미의 섭식행동을 알아보기 위하여 동래베네스트골프장과 안양베네스트골프장, 가평베네스트골프장, 울산골프장에서 치사 원인에 따른 개미의 방문수, 종류 및 선호성을 조사하였다. 방문하는 개미의 수나 종류 및 개미가 물고 간 먹이의 수는 치사원인에 따라 차이가 있었으며, 골프장이나 골프장내의 장소(페어웨이와 러프)간에도 차이가 있었다. 개미의 선호성은 모든 골프장에서 He에 의한 치사충에서 가장 낮았다. 동래베네스트 골프장의 6번 홀에서는 러프에서만 고동털개미(Lasius japonicu)()와 검정꼬마개미(Monomorium floricola)()가 치사충을 끌고 갔다. 러프의 치사충에 개미의 방문이 있었던 비율은 였지만 페어웨이에서는 처리 16시간 후까지 모든 치사충에 개미의 방문이 없었다. 12시간 후까지 개미가 끌고 간 치사충의 비율은 He에 의한 치사충이 로 Sc에 의한 치사충의 , fenitrothion에 의한 치사충의 , 자연치사충의 에 비하여 낮았다. 안양베네스트골프장 6번 홀 러프에서는 주름개미(Tetramorium tsushimae)()와 극동혹개미(Pheidole fervida)(), 일본왕개미(Camponotus japonicus)(), 곰개미(Formica japonica)(), 스미스개미(Paratrechina flavipes)(), 마쓰무라밑들이개미(Crematogaster matsumurai)()가 치사충을 방문하였다. 개미가 치사충을 끌고 감이 없었던 비율은 였고, Sc에 의한 치사충을 끌고 간 비율은 , 냉동 치사충을 끌고 간 비율은 , He에 의한 치사충을 끌고 간 비율은 였다. 가평베네스트골프장 벚꽃나무 코스 9번 홀의 러프에서는 치사충을 방문하는 개미의 수가 매우 낮았는데, 주름개미와 스미스개미가 각각 한곳에서 발견되었다. 곤충병원성 선충의 접종 농도는 개미가 끌고 간 치사충의 비율에서 차이를 보이지 않았다. 한편, 치사충의 매장 유무는 개미의 섭식활동에 영향을 미쳤다. 동래베네스트골프장 6번 홀의 러프에서 토양 속에 묻은 치사충에서는 처리 16시간 동안 개미의 방문이 없었던 반면, 묻지 않은 치사충은 끌고 갔다. He와 Sc의 공생세균을 처리한 비스켓에 대한 개미의 방문은 선충의 치사충에 대한 방문과 동일한 경향을 보여, He의 공생세균인 Photorhabditis sp.처리에서 Sc 공생세균인 Xenorhabdus 처리보다 방문수가 적었다.

곤충병원세균이 효과적으로 병원력을 발휘하는 데 대상 곤충의 면역저하가 요구될 수 있다. 본 연구는 대상곤충의 면역저하가 병원세균의 살충능력에 직접 연관된다는 가설을 세웠다. 곤충병원세균을 5령 누에(Bombyx mori)의 혈강에 접종하였을 때, X. nematophilus는 다른 곤충병원세균인 Staphyiococcus gallinarum 보다 1,200배 높은 병원력을 보였다. 비록, 두 곤충병원세균은 누에의 혈구세포에 대해서 독성효과를 가지고 있지만, X. nematophiius는 S. gallinarum과 비교해보다 빠르고 높은 세포독성 영향을 보였다. 세포성 면역반응에서 5농도로 세균이 접종되었을 때, 누에는 약 20개 정도의 소낭을 형성하였다. 특히, 살아있는 X. nematophilus가 접종된 누에에서 소낭 형성은 크게 감소하였지만, S. gullinarum은 소낭 형성 감소에 영향을 주지 않았다. 두 세균 모두는 prophenoloxidase (proPO)의 활성화를 억제시켰다. 그러나 X. nematophilus.가 S. gallinarum보다 높게 PO 활성화를 억제시켰다. 라이소자임의 활성유도는 S. gallinarum접종 후 4시간에서 관찰되었으나, X. nematophilus를 접종하였을 때는 라이소자임의 활성이 전혀 관찰되지 않았다 이러한 결과들은 누에에서 X. nematophilus가 S. gallinarum보다 더 큰 면역저하를 유발하여 병원성을 높였다는 것을 보여준다. 따라서 본 연구는 곤충병원세균에 의해서 유발된 면역저하는 곤충병원세균의 병원성과 연관되어 있다는 것을 제시한다.다.

해충의 생물적 방제 인자로서 주목받고 있는 곤충병원선충(Steinernema carpocapsae)과 이들의 공생세균(Xenorhabdus nematophilus)이 유용곤충인 누에(Bombyx mori)와 그물등개미(Pristomyrmex pungens)에 상이한 독성을 보였다. S. carpocapsae는 누에에 대해 매우 높은 살충력(반수치사농도: 4IJs (감염태 유충수)/ml)을 보이는 반면, 그물등개미에 대해서는 매우 약했다. (반수치사농도: >150,000 IJs/ml). 반면에 X. nematophilus는 그물등개미에 대해 높은 경구독성(반수치사농도: 1.4103cfu (콜로니 형성수)/ml)을 보였으나, 누에에 대해서는 낮았다. (반수치사농도: > cfu/ml). 또한 실험동물 랫드(Rattus norvegicus)에 S. carpocapsae와 X. nematophilus를 강제로 경구투여 한 결과 시험 전기간(21일)동안 치사개체는 없었으며, 내부 장기에서 처리한 공생세균과 선충은 발견되지 않았다.